一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构及施工方法技术领域
本发明涉及一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构及施工方法，属于山岭隧道及
地下工程施工技术领域，特别是针对汶川、玉树等高烈度强地震区域交通隧道工程。
背景技术
隧道穿越软弱围岩时，如施工不当，易出现衬砌开裂、渗水，初支侵限甚至造成塌
方事故。塌方事故后，应及时清理塌方体，回填塌腔，并对回填体进行注浆加固。但无论采取
何种回填方式、回填材料、注浆材料及注浆量，塌腔内围岩的强度、刚度、节理、产状等参数
都无法恢复至原围岩状态，这也就造成了围岩缺陷部位地震惯性力增大，支护结构内力增
大，进而出现衬砌开裂、掉快，乃至衬砌垮塌震害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种施工效率高、成本低且无需增加新缝隙
的提高隧道衬砌抗震减震能力的结构及施工方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构，其包括紧贴围岩设置的初期支护和位于初期
支护内侧的二次衬砌，所述初期支护上沿隧道纵深方向等距设置有环向减震缝，所述二次
衬砌上沿隧道纵深方向等距设置有衬砌台车施作二次衬砌时留下的施工缝；所述环向减震
缝内填充有含橡胶颗粒的混凝土，所述施工缝内填充有沥青砂拌合料，且所述环向减震缝
和施工缝交错分布。
进一步的，所述施工缝的中间位置设置中埋式橡胶止水带，所述施工缝的迎水面
上设置背贴式止水带，所述施工缝的背水面上填充有嵌缝膏。
进一步的，所述初期支护和二次衬砌之间还铺设有防水板。
进一步的，各个所述环向减震缝之间、各个所述施工缝之间均取同样间隔，各个所
述环向减震缝之间的间隔等于衬砌台车的长度。
一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构的施工方法，其包括如下步骤：
步骤一、在隧道内的初期支护设置上环向减震缝，所述环向减震缝沿隧道纵深方向间
隔设置，之后在所述环向减震缝内填充含橡胶颗粒的混凝土；
步骤二、通过湿喷机将含橡胶颗粒的混凝土喷射至所述环向减震缝的表面及其两侧；
步骤三、利用衬砌台车在模筑混凝土进行二次衬砌时产生的施工缝，在此施工缝中设
置防水带，同时在施工缝中填充沥青砂拌合料。
进一步的，所述步骤二中，含橡胶颗粒的混凝土在所述环向减震缝表面的喷射厚
度为所述初期支护厚度的1/3；在所述环向减震缝两侧5-10倍缝宽范围内喷射含橡胶颗粒
的混凝土，其厚度由所述环向减震缝两侧向外逐渐增厚至初期支护的厚度。
进一步的，所述步骤三中的防水带包括中埋式橡胶防水带和背贴式止水带，所述
施工缝的中间位置设置中埋式橡胶止水带，所述施工缝的迎水面上设置背贴式止水带，所
述施工缝的背水面上填充有嵌缝膏。
进一步的，在所述步骤二和步骤三之间还包括一步骤，即在所述初期支护和二次
衬砌之间铺设防水板。
本发明的技术效果如下：
本发明中的结构，在初期支护的环向减震缝内填充含橡胶颗粒的混凝土，以前全部喷
射锚喷混凝土，施工时当喷射手到达设缝位置仅需通过在待喷射的混凝土内添加橡胶颗粒
即可实现向环向减震缝内填充橡胶喷射混凝土的目的，施工简单方便，省时省力，便于整个
隧道断面统一喷射，不会增添任何费时、费工环节。实施完成后初期支护内看不到设缝接
头，即形成的不是一个明显的缝隙，而是一个设置在环向减震缝附近一个区域内的橡胶喷
射混凝土层。
将环向减震缝沿隧道纵向间隔布置，并且初期支护的环向减震缝与二次衬砌间的
施工缝不重合，即交错设置，既能有效提高防水性能，又能有效增强隧道抗震减震能力。
在环向减震缝内填充有含橡胶颗粒的混凝土，施工缝内填充有沥青砂拌合料，以
其抗变形能力强和耐久性好的优点进一步提高了隧道抗错断能力，达到减弱或阻断地震作
用下地震波向隧道纵向传播路径的功能。
二衬衬砌内的减震缝与二衬防水一同施作，埋设中埋式橡胶止水带和背贴式止水
带， 以其橡胶材料的弹性和结构形式来适应混凝土形变伸缩，能有效防止构件的渗水、漏
水，在紧固密封的同时还能起到减震缓冲的作用。
二次衬砌内减震缝在背水面上填充有嵌缝膏，进一步提高了防水性能和缝隙处的
平整度。
初期支护和二次衬砌之间铺设有防水板，进一步提高了防水性能。
各个初期支护内环向减震缝之间和各个二次衬砌内施工缝之间取同样间隔，各个
初期支护内环向减震缝之间的间隔等于衬砌台车的长度，采用衬砌台车施作二次衬砌时，
本身留下的施工缝和车长一般一致，利用每次施作一段二次衬砌都会留下的施工缝作为二
次衬砌上的环向减震缝，减小了施工量，降低了施工难度和施工成本。
本发明的结构能够有效减小地震波向隧道纵向传递引起衬砌结构破坏，减少地震
灾害损失，保障隧道运营安全。
附图说明
图1为初期支护上设置环向减震缝的位置关系示意图。
图2为环向减震缝和施工缝在沿隧道纵向剖面的结构示意图。
图3为环向减震缝的剖面结构示意图。
图4为施工缝的剖面结构示意图。
其中，1初期支护、2围岩缺陷、3二次衬砌、4施工缝、5防水板、6环向减震缝、7含橡
胶颗粒的混凝土、8中埋式橡胶止水带、9背贴式止水带、10嵌缝膏、11迎水面、12背水面、13
沥青砂拌合料。
具体实施方式
下面结合图1-图4和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1-图4所示，本实施例涉及一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构，隧道穿越
软弱围岩时，如施工不当，易出现衬砌开裂、渗水，初支侵限甚至造成塌方事故。塌方事故
后，应及时清理塌方体，回填塌腔，并对回填体进行注浆加固。但无论采取何种回填方式、回
填材料、注浆材料及注浆量，塌腔内围岩的强度、刚度、节理、产状等参数都无法恢复至原围
岩状态，这也就造成了围岩缺陷2处地震惯性力增大，支护结构内力增大，进而出现衬砌开
裂、掉快，乃至衬砌垮塌震害。
本实施例通过如下结构解决上述问题，本实施例包括紧贴围岩设置的初期支护1
和位于初期支护1内侧的二次衬砌3，所述初期支护1上沿隧道纵深方向等距设置有环向减
震缝6，所述二次衬砌3上沿隧道纵深方向等距设置有衬砌台车施作二次衬砌3时留下的施
工缝4；所述环向减震缝6内填充有含橡胶颗粒的混凝土7，所述施工缝4内填充有沥青砂拌
合料13，且所述环向减震缝6和施工缝4交错分布。
进一步的，所述施工缝4的中间位置设置中埋式橡胶止水带8，所述施工缝4的迎水
面11上设置背贴式止水带9，所述施工缝4的背水面12上填充有嵌缝膏10。
进一步的，所述初期支护1和二次衬砌3之间还铺设有防水板5。
进一步的，各个所述环向减震缝6之间、各个所述施工缝4之间均取同样间隔，各个
所述环向减震缝6之间的间隔等于衬砌台车的长度。
一种提高隧道衬砌抗震减震能力的结构的施工方法，其包括如下步骤：
步骤一、在隧道内的初期支护1设置上环向减震缝6，所述环向减震缝6沿隧道纵深方向
间隔设置，之后在所述环向减震缝6内填充含橡胶颗粒的混凝土7；
步骤二、通过湿喷机将含橡胶颗粒的混凝土7喷射至所述环向减震缝6的表面及其两
侧；
步骤三、利用衬砌台车在模筑混凝土进行二次衬砌时产生的施工缝4，在此施工缝4中
设置防水带，同时在施工缝4中填充沥青砂拌合料13。
进一步的，所述步骤二中，含橡胶颗粒的混凝土7在所述环向减震缝6表面的喷射
厚度为所述初期支护1厚度的1/3；在所述环向减震缝6两侧5-10倍缝宽范围内喷射的含橡
胶颗粒的混凝土7，其厚度由所述环向减震缝6两侧向外逐渐增厚至初期支护1的厚度。
进一步的，所述步骤三中的防水带包括中埋式橡胶防水带8和背贴式止水带9，所
述施工缝4的中间位置设置中埋式橡胶止水带8，所述施工缝4的迎水面11上设置背贴式止
水带9，所述施工缝4的背水面12上填充有嵌缝膏10。
进一步的，在所述步骤三之前还包括在所述初期支护1和二次衬砌3之间铺设防水
板5。
所述提高隧道衬砌抗震减震能力的结构的施工方法如下：
步骤一、在隧道内的初期支护1设置上环向减震缝6，所述环向减震缝6沿隧道纵深方向
间隔设置，之后在所述环向减震缝6内填充含橡胶颗粒的混凝土7；
步骤二、通过湿喷机将混凝土与橡胶颗粒混合物喷射至所述环向减震缝6的两侧；
步骤三、利用衬砌台车在模筑混凝土进行二次衬砌时留下的施工缝4，在此施工缝4中
设置防水带，同时在施工缝4中填充沥青砂拌合料13。
进一步的，所述步骤三中的防水带包括中埋式橡胶防水带8和背贴式止水带9，所
述施工缝4的中间位置设置中埋式橡胶止水带8，所述施工缝4的迎水面11上设置背贴式止
水带9，所述施工缝4的背水面12上填充有嵌缝膏10。
进一步的，在所述步骤三之前还包括在所述初期支护1和二次衬砌3之间铺设防水
板5。
分别在初期支护和二次衬砌纵向设置环向减震缝6和施工缝4，结合图1说明其在
隧道实际结构中的布设。
采用新奥法施工的隧道，开挖完毕后需要立马施作初期支护1，初期支护1施作完
毕后施作防水板5和二次衬砌3，常规的初期支护1均采用锚喷支护，锚喷支护与围岩密贴，
纵向不设缝隙。本结构可根据二次衬砌一次模筑混凝土衬砌台车长度设置环向减震缝6，比
如12m设置一个环向减震缝6，环向减震缝6宽10cm，初期支护1的纵向设置的环向减震缝6与
二次衬砌3的施工缝4可取同样间隔，但初期支护1的环向减震缝6与二次衬砌3的施工缝4呈
交错设置。
进一步，如图2和图3所示，初期支护1上设置10cm环向减震缝6，实际施工通过如下
途径实现：环向减震缝6在一定范围内通过在普通喷射混凝土内添加橡胶颗粒，然后通过湿
喷机将混凝土与橡胶颗粒混合物喷射至需要设置环向减震缝6附近区域，以此来实现初期
支护纵向段之间的柔性铰接。此种结构和施工方法的优点是：不必特意在初期支护施工过
程中放慢施工速度去设置减震缝，即不必增加劳动工时，另外不需特殊机械设备，同时增加
费用微乎其微。
进一步，如图2和图4所示，在二次衬砌3留下的施工缝4的横向中间位置设置中埋式橡
胶止水带8，迎水面11即与防水板5相接处面，迎水面11设置背贴式止水带9，施工缝4的背水
面12用嵌缝膏10填充，施工缝4的缝隙内部用沥青砂拌合料13填充密实。此设置过程与二衬
防水3同步设置。此种设缝结构和施工方法的优点是：二次衬砌3为模筑混凝土衬砌，需要大
型衬砌台车进行二衬的模筑，而二衬台车有一定长度，比如12m，正好利用衬砌台车在模筑
混凝土时候留下施工缝4，这个施工缝4需要止水，若不设置止水措施必然渗漏水，故二衬减
震缝与二衬施工缝4和止水缝设置实际上在同一个位置，不会增加新的缝隙，节省时间和工
程量。同时，可将橡胶材质的止水带作为二衬减震缝材质一部分，同时填充沥青砂拌合料13
填充，进一步增强减震效果。
本发明专利采用在初期支护和二次衬砌间隔设置减震缝，达到减弱或阻断地震作
用下地震波向隧道纵向传播路径，提高隧道抗错断能力。
所述中埋式橡胶止水带8采用国家标准GB18173.2-2000《高分子防水材料止水带》
组织生产的。
所述中埋式橡胶止水带8的原理与背贴式止水带9相同，他们都是利用橡胶的高弹性，
在各种荷载下产生弹性变形，从而起到坚固密封，有效地防止建筑构造的漏水，渗水并起到
减震缓冲作用。采用和安装橡胶止水带是有效地解决防水防震问题的手段。主要用于混凝
土现浇时设在施工缝及变形缝内，与混凝土结构成为一体的基础工程、地下设施、隧道涵
洞、输水渡槽、挡水坝等，确保工程建设的使用寿命。
上述详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发
明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。